水稻胚乳组织的结构观察

【目的】阐明水稻糊粉层细胞、亚糊粉层细胞与中心胚乳贮藏细胞的结构特性。【方法】采用光镜、透射电镜与扫描电镜对水稻胚乳组织进行观察研究。【结果】糊粉层细胞分化过程中,大液泡变成小体积蛋白贮存液泡,蛋白贮存液泡又转变成糊粉粒。颖果背部比腹部有更多层糊粉层,但背部糊粉层细胞内糊粉粒的形成与积累速度却较慢。亚糊粉层细胞起初含有一些脂质体,后来脂质体消失,而其内部淀粉体与蛋白体逐渐增多。中心胚乳贮藏细胞含有淀粉体与蛋白体,蛋白体以液泡型蛋白体为主,它们可以相互融合而变大。中心胚乳贮藏细胞内的淀粉积累速度明显快于亚糊粉层细胞内的。成熟颖果的中心胚乳贮藏细胞内淀粉体最为密集,背部和侧部的亚糊粉层细胞内淀粉体排列较疏松,腹部的亚糊粉层细胞内淀粉体最为稀疏。【结论】水稻颖果背部与腹部的糊粉层细胞和亚糊粉层细胞的结构差异可能与养分吸收与转运有关;中心胚乳贮藏细胞内淀粉体发育速度快于亚糊粉层细胞。     

同源四倍体水稻胚乳发育:极核融合和胚乳细胞化

利用激光扫描共聚焦显微术和塑料包埋半薄切片技术观察同源四倍体水稻极核融合及游离核进一步发育的过程,发现同源四倍体水稻约有1/3子房极核融合过程和游离核进一步发育与其二倍体原种的基本一致;2/3子房出现各种异常现象,如极核未受精、受精异常和胚乳游离核发育滞后等。应用荧光增白剂染色对胚乳细胞化过程进行观察,直接观察到胚乳初生壁的出现和形成过程以及不同部位的胚乳细胞壁的形成机理。表明同源四倍体水稻与二倍体水稻胚乳的细胞化过程基本一致,胚乳细胞初始垂周壁来源于珠孔端胚囊壁内突向心游离生长,初始平周壁来源于游离核有丝分裂产生的成膜体,而中间胚乳细胞壁则有些来源于游离核有丝分裂产生的成膜体,有些是自由生长而来。同源四倍体水稻胚乳细胞化过程也出现相当比例的异常现象,如无细胞壁形成、细胞化不同步和产生分枝状的细胞壁等。同源四倍体水稻胚乳发育过程中出现的极核融合、游离核发育和细胞化过程等异常都可能导致同源四倍体水稻的结实率降低。     

水稻胚乳细胞发育的结构观察及其矿质元素分析

 为了探明水稻胚乳发育的过程和糊粉层形成的机理, 用光学显微镜和电子显微镜观察了水稻糊粉层细胞和内胚乳细胞在颖果发育过程中的结构变化,用能谱仪分析了胚乳细胞中元素的种类和相对含量。结果表明, 糊粉层细胞是由胚乳表层细胞转化而来的。糊粉层细胞中的P、K、Mg和Ca等矿质元素含量要明显高于内胚乳细胞。发育初期糊粉层细胞中富含线粒体、圆球体和小液泡;发育中后期小液泡积累蛋白质和矿质元素而形成糊粉粒。在发育中后期,内胚乳细胞随着细胞内淀粉体的充实,细胞核发生形变而衰亡;而糊粉层细胞的核在发育过程中不消亡。糊粉层的形成与表层细胞积聚矿质和脂类等“灌浆废物”(指非内胚乳细胞的贮藏物)有关。因而,转运灌浆物质多的胚乳背部,其糊粉层细胞的层数要比腹部和侧部多。谷物胚乳发育分为游离核期、细胞化期、分化期和成熟期四个时期。     

两系杂交稻籽粒充实度细胞学观察

从水稻颖果边缘向中部的胚乳细胞依次形成淀粉粒，且淀粉粒的数目和直径均依次减少。中部的胚乳细胞有两种情况（１）形成了少量淀粉粒后，细胞核解体消失，成为死细胞。淀粉粒的数目和直径保持在死亡前的状态．（２）还没有形成淀粉位前，细胞核已解体消失，成为死细胞。假如每个胚乳细胞中各自增加几个淀粉粒，且淀粉粒的直径增大，或者中部胚乳细胞能像边缘的胚乳细胞一样，那么，水稻大幅度增产是可能的．     

四个不同粒重水稻品种颖果发育的比较

 以粒重差异较大的4个水稻品种为供试材料,采用树脂切片、酶解胚乳细胞和显微观察等方法,比较研究了品种间在颖果生长、胚乳细胞增殖、果皮和胚乳结构等方面的差异,探讨了影响颖果生长的因素。 大粒品种颖果发育时间较小粒品种长,其胚乳细胞数、胚乳干质量及单个胚乳细胞平均干质量均高于小粒品种。在粒重相近的情况下,籼稻颖果发育和淀粉积累快于粳稻。与小粒品种相比,大粒品种子房壁细胞中淀粉粒多,子房壁细胞生长的持续时间长,果皮及背部维管束衰亡迟。 小粒品种胚乳外层细胞在花后7 d已转化成糊粉层细胞,大粒品种胚乳外层细胞要在花后10 d才转化成糊粉层细胞。 大粒品种的库容大和生理活性期长是其颖果能显著增大的生理原因。     

稻穗颖花开花日序对籽粒胚乳细胞数和米质的影响

 以不同类型水稻品种为材料，分析了稻穗颖花开花日序对籽粒胚乳细胞数和米质形成的影响。研究发现，同一穗上随着开花日序的推迟，籽粒胚乳细胞数逐渐减少，垩白率、垩白度逐渐上升，糊化温度和直链淀粉含量逐渐降低。上述主要米质性状与胚乳细胞数密切相关，而与单个胚乳细胞重相关不显著。孕穗期去1/2株或始穗期喷施6-BA［6-(苄基)腺嘌呤］，籽粒的胚乳细胞数明显上升，垩白率、垩白度明显下降，糊化温度上升；孕穗期去1/2叶，结果相反；表明由于胚乳细胞数的不同，造成了穗上籽粒间米质的差异。还就改善米质的措施进行了讨论。     

谷物糊粉层发育的调控机制及其育种应用

植物最外层胚乳细胞在种子发育过程中分化为糊粉层细胞，其在形态和生理功能上均显著区别于内胚乳细胞。与淀粉胚乳不同，糊粉层富含蛋白质、脂类、维生素、膳食纤维、矿质元素和抗氧化物等多种营养物质。同时，在种子萌发过程中，糊粉层细胞能够分泌淀粉酶和蛋白酶分解种子内积累的储藏物质，为种子萌发提供能量。目前利用突变体材料，克隆了一些控制糊粉层细胞分化的关键基因，相关研究极大深化了我们对糊粉层细胞命运决定的认识。同时，由于糊粉层富含各种营养物质，增加糊粉层细胞层数可以作为改良谷物营养品质的一个重要手段。本文主要以水稻及其他谷类作物为例，系统介绍了糊粉层细胞分化和发育的过程，并对其遗传调控机制进行总结梳理，同时对利用糊粉层相关性状进行稻米品质改良可能存在的问题及其对策进行了探讨。     

两个玉米品种胚乳发育的比较

以农乐988和扬糯1号两个品种的玉米颖果为材料,利用树脂半薄切片、组织化学染色及生理测定等方法研究胚乳组织和细胞的发育过程。结果表明,两个玉米品种粒重及淀粉含量的变化呈S形生长曲线;可溶性糖变化呈单峰曲线,授粉后12 d含量最高;总蛋白含量在授粉后6 d较高。颖果粒重和总蛋白含量农乐988>扬糯1号;可溶性糖及淀粉含量扬糯1号>农乐988。授粉后0~2 d胚乳处在游离核期,授粉后3~5 d胚乳处在细胞化期,授粉6 d以后胚乳细胞开始分化,内胚乳细胞出现淀粉体和蛋白体。胚乳中淀粉的积累由颖果顶端向基部、由胚乳外层向中央推进。扬糯1号胚乳发育较提前,失活较晚;农乐988胚乳发育相对滞后,失活较早。玉米胚乳发育和颖果发育关系紧密,胚乳游离核期和细胞化期相当于颖果形成期,胚乳分化期相当于颖果乳熟期,胚乳成熟期相当于颖果蜡熟期与完熟期。     

部分亚洲稻品种胚乳直链淀粉含量分析

本研究分析了来自印度、斯里兰卡、中国云南、孟加拉、缅甸和印度尼西亚的204个水稻品种胚乳直链淀粉含量。结果表明:(1)大部分来自印度、斯里兰卡和孟加拉的水稻品种胚乳直链淀粉的含量较高,而来自中国云南、印度尼西亚和缅甸的水稻品种,胚乳直链淀粉的含量变化较大;(2)大部分粳稻品种胚乳直链淀粉含量较低,部分为糯性胚乳;虽然部分籼稻品种为糯性胚乳或低直链淀粉含量,但大部分籼稻品种直链淀粉的含量较高。     

冻融法纯化水稻胚乳RNA及稻米品质重要相关基因表达谱研究

 提出了一种从水稻胚乳组织中快速分离总RNA的方法，可以简便地去除RNA中存在的淀粉等多糖类杂质，所获的胚乳总RNA其质量可满足Northern印迹、微阵列制备等分子生物学实验要求。将从966个水稻品种的胚乳中分离所得的RNA制备RNA阵列，用于稻米品质重要基因Wx基因的表达谱分析，结果证实：水稻Wx基因表达丰度总体上与水稻胚乳的直链淀粉含量呈正相关；应用于Northern印迹实验，表明在水稻胚乳组织中，淀粉分支酶Rbe1具有两个长度不同的同源基因，其中一个分子量大的为胚乳特异表达，分子量小的则在水稻各组织中共表达。